Lebensmittelhersteller müssen bei der Herstellung und Verpackung ihrer Produkte das mikrobielle Wachstum berücksichtigen. In diesem Webinar werden Faktoren diskutiert, die das mikrobielle Wachstum beeinflussen, wie die Wasseraktivität das mikrobielle Wachstum kontrolliert, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, häufige Lebensmittelpathogene, die Formulierung einer bestimmten Wasseraktivität und die Hürden-Technologie.

Mikrobielle Fehler in Lebensmittelverpackungen können zu Produktrückrufen führen, die ein Unternehmen Millionen von Dollar an Betriebsverzögerungen, Rechtskosten, medizinischen Ansprüchen, Lebensmittelrückrufaktionen, Lebensmittelentsorgung und medizinischer Versorgung kosten können. Sie können auch zusätzliche Verluste durch Reputationsschäden, entgangene zukünftige Umsätze und den Verlust des Verbrauchervertrauens verursachen.

FAT TOM: Sechs Faktoren, die das mikrobielle Wachstum beeinflussen

Sechs Hauptfaktoren beeinflussen das Wachstum von Mikroorganismen: Nahrung, Säure, Zeit, Temperatur, Sauerstoffund Feuchtigkeit. (Eine alberne, aber effektive Eselsbrücke ist FAT TOM.) Die Nährstoffzusammensetzung eines Lebensmittels bestimmt, welche Mikroorganismen wachsen können. Säuren oder pH-Werte beeinflussen ebenfalls das Wachstum von Mikroorganismen. Schimmelpilze können bei niedrigsten pH-Werten wachsen, während Bakterien bei höchsten pH-Werten gedeihen und in Umgebungen mit einem pH-Wert unter 4,6 nicht wachsen können.

Das Wachstum von Mikroorganismen verläuft exponentiell, daher ist es entscheidend, gefährliche Krankheitserreger frühzeitig zu erkennen. Wir können das Wachstum von Krankheitserregern stoppen, indem wir den Mikroorganismen Nahrung und Sauerstoff entziehen und konkurrierende Arten einführen. Verschiedene Krankheitserreger gedeihen bei unterschiedlichen Temperaturen. Der gefährliche Bereich für die Lebensmittelsicherheit liegt zwischen 4 und 60 Grad Celsius (40 bis 140 Grad Fahrenheit). Wir können Bakterien durch eine Kombination aus verlängerter Einwirkzeit und Temperaturbehandlung deaktivieren.

Betrachten wir einmal den Sauerstoffgehalt oder das Redoxpotenzial von Mikroorganismen. Aerobe Mikroben (wie Schimmelpilze) benötigen Sauerstoff, während anaerobe Krankheitserreger (Clostridium botulinum und Bacillus cereus) zum Wachstum keinen Sauerstoff benötigen. Einige Bakterien (wie E. coli und Staphylococcus aureus) sind fakultativ aerob, was bedeutet, dass sie je nach Umgebung zwischen aerobem und anaerobem Wachstum wechseln können. Mikroaerophile hingegen benötigen zum Wachstum geringere Mengen an Sauerstoff (Campylobacter jejuni).

Feuchtigkeit spielt eine wichtige Rolle für das Wachstum von Krankheitserregern durch die Wasseraktivität von Lebensmitteln. Pathogene Bakterien wachsen beispielsweise nur bei einer Wasseraktivität über 0,85, während Schimmelpilze und Hefen eine Wasseraktivität von maximal 0,7 benötigen. Umgekehrt kann bei einer Wasseraktivität unter 0,6 kein mikrobielles Wachstum stattfinden.

Wie Wasseraktivität einen Mikroorganismus beeinflusst

Ein Unterschied in der Wasseraktivität bedeutet einen Unterschied im Energieniveau. Bei einer hohen Wasseraktivität will das Wasser aus dem Mikroorganismus entweichen, wodurch sich der Auslösedruck innerhalb des Mikroorganismus verändert. Der Mikroorganismus wird versuchen, seine Energien an die Wasseraktivität in der Umgebung anzupassen.

Der Mikroorganismus verändert seine Membran, um die Wasseraktivität zu verringern und so seinen Auslösedruck aufrechtzuerhalten. Er kann Aminosäuren oder Zucker in kleinen Mengen produzieren oder transportieren, um zu versuchen, die Wasseraktivität zu verringern. Die Wasseraktivität entspricht jedoch immer noch nicht der Umgebung, und der Mikroorganismus geht in eine Stasis oder Ruhephase über.

Häufige Lebensmittelpathogene

Lebensmittelpathogene lassen sich in zwei Kategorien einteilen: lebensmittelbedingte Vergiftungen und lebensmittelbedingte Infektionen. Eine lebensmittelbedingte Vergiftung liegt vor, wenn man ein in Lebensmitteln produziertes Toxin zu sich nimmt und krank wird. Eine lebensmittelbedingte Infektion liegt vor, wenn das Toxin im Magen-Darm-Trakt wächst. (Vergiftungen entstehen in Lebensmitteln, Infektionen im Darm.)

Staphylococcus aureus kann mit oder ohne Sauerstoff wachsen, hat die niedrigste Wasseraktivitätsgrenze und kann leicht kreuzkontaminiert werden. Daher ist das Vorhandensein von Staphylococcus aureus auf Lebensmittelverarbeitungsgeräten ein Zeichen für mangelnde Hygiene. Das Wachstum dieses Krankheitserregers lässt sich durch Reinigung, Desinfektion, geeignete Vorbereitung und Minimierung der Kreuzkontamination leicht verhindern.

Botulismus ist anaerob und wächst nicht bei pH-Werten unter 4,6. Bereits drei Minuten Kochen können Botulismus abtöten. Es hat eine höhere Wasseraktivitätsgrenze. Botulismus kommt in der Natur vor – in Erde, Pflanzen, Wasser – sowie in unsachgemäß konservierten Lebensmitteln und säurearmen Lebensmitteln – Rüben, grünen Bohnen, in Folie gebackenen Kartoffeln, geräuchertem Fisch, mit Kräutern angereichertem Öl und Honig.

Salmonella spp. ist der am häufigsten gemeldete Krankheitserreger. Dieser Mikroorganismus verursacht lebensmittelbedingte Infektionen und tritt häufiger in den Sommermonaten auf. Salmonellen können sowohl in sauerstoffreichen als auch in sauerstoffarmen Umgebungen gedeihen, werden durch Kochen abgetötet und kommen in kontaminierten Fäkalien, Trinkwasser, bei Kontakt von Mensch zu Mensch, in Eiprodukten, rohem Obst und Gemüse, nicht pasteurisierten Milchprodukten und sogar in Produkten wie Mehl und Erdnussbutter vor.

Listerien können bei Kühlschranktemperaturen wachsen, werden durch Kochen und Pasteurisieren abgetötet und haben eine Wasseraktivitätsgrenze von 0,92. Listerien kommen in ungekochtem Fleisch, Gemüse, nicht pasteurisierter Milch und einigen Weichkäsesorten vor. In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen und geringem Sauerstoffgehalt können Listerien wachsen, wenn sie vorhanden sind.

Die meisten E. coli-Stämme sind harmlos und für den Darmtrakt unverzichtbar. Der pathogene Stamm kann durch Kochen oder Pasteurisierung abgetötet werden. E. coli hat eine geringe Infektionsdosis und ist schwer abzutöten.

Bacillus cereus ist anaerob und hat eine kurze Inkubationszeit. Dieser Erreger wird oft mit der Magengrippe verwechselt.

Reduzierung der Wasseraktivität zur Verhinderung von Mikrobenwachstum

Durch die Verringerung der Wasseraktivität verändert sich, welche Mikroben wachsen können. Durch die Dehydrierung eines Produkts kann das Lebensmittel konserviert und die Wasseraktivität gesenkt werden. Die Zugabe eines Feuchthaltemittels, entweder einzeln oder in Gruppen, kann ebenfalls die Wasseraktivität senken. Die Hurdle-Technologie beinhaltet die Einführung von Barrieren für das Mikrobenwachstum, wie z. B. die Steuerung von Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt und Sauerstoffzufuhr.